CA_CTA共混不对称纳滤膜分离特性的研究.docx

CA/CTA共混不对称纳滤膜分离特性的研究周金盛陈观文(中国科学院化学研究所,北京100080)摘要制备了CA/CTA共混物不对称纳滤膜,膜对单价与多价阴离子能实现有效分离,并能去除小分子有机物.在1MPa操作压力下,料液温度为15～25℃,膜对1000mg/L的NaCl水溶液的截留率为15%～60%,而对1000mg/L的Na2SO4水溶液截留率为85%～98%,其透水率在30～78L/(cm2·h),截留相对分子质量在200～600之间.研究了操作条件(压力、料液浓度、温度、膜面流速),不同价态离子(阴离子、阳离子)对膜性能的影响规律.关键词醋酸纤维素共混纳滤膜分类号TQ028.8纳滤(Nanofiltration,简称NF)是介于反渗透与超滤之间的一种新型膜分离过程,是从80年代中期发展起来的.纳滤膜的特点主要体现在两个方面:(1)膜的截留相对分子质量为100～1000,纳滤膜存在真正的微孔1,孔径处于纳米级范围;(2)对不同价态离子的截留效果有所不同,对单价离子的截留率较低,对二价及多价离子的截留率则明显高于单价离子.由于让大部分单价离子自由通过,使得纳滤膜只需使用较低操作压力,一般在0.5～1.5MPa,同时纳滤膜的通量高.相比于反渗透(RO),NF具有设备投资低、能耗低的优点2.纳滤在水软化,废水处理,及食品、饮料、医药生产中的有价值成分的浓缩、回收等方面的应用越来越受到人们的注目,成为膜分离领域中的一个新研究热点.醋酸纤维素(CA)是一种常用的膜材质,由于其来源广、价格低、成膜性能好等优点,已在反渗透方面得到了广泛的应用.但是由于其化学、热稳定性差,易降解,压密性较差,影响了它的广泛应用.三醋酸纤维素(CTA)分子结构类似于CA,但在乙酰化程度以及分子链排列的规整性方面有一定的差异.CTA不仅具有较好的机械强度,同时具有优异的生物降解性,热稳定性能,所以将其与CA共混有可能改善CA的性能.前人在RO、UF膜制备中已经做了尝试,并取得了较好的结果3,4.本文作者制备了4种不同性能的CA/CTA共混不对称纳滤膜,就操作条件(压力、料液温度、料液浓度、膜面流速)对CA/CTA不对称纳滤膜性能的影响进行探讨,关于膜对盐的截留机理也进行了初步的研究.1实验部分111膜材料及试剂CA,英国Eastman-kodak公司生产,型号E398-3-6,乙酰基质量分数为39.8%;CTA,由英国HerculesLtd公司生产,型号TH22,乙酰基质量分数为43.4%;NaCl,KCl,Na2SO4,MgSO4,Na2CO3,BaCl2,CaCl2,聚乙二醇-200,聚乙二醇-400,聚乙二醇-600皆为分析纯.112膜的制备将CTA,CA和添加剂加入到二氧六环和丙酮的混合溶剂中,搅拌溶解,过滤,静置数日使其完全脱泡.用刮刀在洁净玻璃板上刮制成膜,在一定的温度和湿度下,让溶剂挥发一段时间,然后浸入凝胶浴使其充分凝胶,得到厚度为80μm左右的不对称膜,经充分清洗后放入保存液中或处理成干膜备用.113膜性能评价纳滤膜性能评价装置如图1所示,膜的有效透过收稿日期:1998-04-02;修改稿收到日期:1998-09-07第一作者:男,26岁,硕士生第1期周金盛等:CA/CTA共混不对称纳滤膜分离特性的研究·35·面积为30cm2,料液流速为810mL/min.在测试之前,先用1.5MPa压力对膜预压一段时间,使膜的渗透性能稳定.然后在温度为15～25℃,压力为1.0MPa下测定膜的透水率(J)和对盐或有机物的截留率(R).本文中除具体注明外其它所用的测试料液都是电导率为550μS/cm的自来水.用DDS-11型电导仪测定溶液的电导率,计算无机盐的脱除率,计算方法见方程(1);用有机总碳分析仪测定聚乙二醇浓度,计算膜对有机物的脱除率.分离效果.表14种纳滤膜性能(料液质量浓度均为1000mg/L)测试料液MemAMemBMemCMemDR/%15.8164.1733.1546.8435.1540.2140.8134.96NaCl-2-1)J/(L·m·hR/%J/(L·m-2·h-1)10.8778.0325.2461.1931.8549.3237.5143.18NaCl3R/%J/(L·m-2·h-1)85.8758.5991.0246.9092.6039.4096.2133.31Na2SO4R=料液电导率-透过液电导率×100%R/%J/(L·m-2·h-1)80.7054.9087.3744.0793.0946.5598.4934.94(1)MgSO料液电导率4Q1Q1QR/%J/(L·m-2·h-1)62.2652.0172.5343.5775.5139.0978.1833.21J=A·t=,(Q=)A(2)Na2CO3t注:3测试料